Forskning tyder på dobbelt rækkevidde for elektriske køretøjer

Når det kommer til den specielle sauce af batterier, forskere ved Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory har opdaget, at det hele handler om saltkoncentrationen. Ved at få den rigtige mængde salt, lige hvor de vil have det, de har vist, at et lille lithium-metalbatteri kan genoplades omkring syv gange mere end batterier med konventionelle elektrolytter.

Et batteris elektrolytopløsning sender ladede atomer mellem elektroderne for at generere elektricitet. At finde en elektrolytløsning, der ikke korroderer elektroderne i et lithiummetalbatteri er en udfordring, men PNNL-tilgangen, udgivet online i Avancerede materialer , skaber med succes et beskyttende lag omkring elektroderne og opnår betydeligt øgede opladnings-/afladningscyklusser.

Konventionelle elektrolytter, der anvendes i lithium-ion-batterier, som driver husholdningselektronik som computere og mobiltelefoner, er ikke egnet til lithium-metal-batterier. Lithium-metalbatterier, der erstatter en grafitelektrode med en lithiumelektrode, er den 'hellige gral' af energilagringssystemer, fordi lithium har en større lagerkapacitet og, derfor, et lithium-metal batteri har dobbelt eller tredobbelt lagerkapacitet. Den ekstra kraft gør det muligt for elbiler at køre mere end to gange længere mellem opladninger.

Tilsætning af mere lithiumbaseret salt til den flydende elektrolytblanding skaber en mere stabil grænseflade mellem elektrolytten og elektroderne, som på tur, påvirker batteriets levetid. Men den høje koncentration af salt kommer med tydelige ulemper - inklusive de høje omkostninger ved lithiumsalt. Den høje koncentration øger også viskositeten og sænker ionernes ledningsevne gennem elektrolytten.

"Vi forsøgte at bevare fordelen ved den høje koncentration af salt, men udligne ulemperne, " sagde Ji-Guang "Jason" Zhang, en senior batteriforsker ved PNNL. "Ved at kombinere et fluorbaseret opløsningsmiddel for at fortynde den højkoncentrerede elektrolyt, vores team var i stand til at sænke den samlede lithiumsaltkoncentration markant og alligevel bevare fordelene."

I denne proces, de var i stand til at lokalisere de høje koncentrationer af lithium-baseret salt i "klynger", som stadig er i stand til at danne beskyttende barrierer på elektroden og forhindre væksten af ​​dendritter - mikroskopiske, pin-lignende fibre - der får genopladelige batterier til at kortslutte og begrænser deres levetid.

PNNL's patentanmeldte elektrolyt blev testet i PNNL's Advanced Battery Facility på en eksperimentel battericelle, der i størrelse svarer til et urbatteri. Den var i stand til at beholde 80 procent af sin oprindelige opladning efter 700 cyklusser med afladning og genopladning. Et batteri, der bruger en standardelektrolyt, kan kun opretholde sin ladning i omkring 100 cyklusser.

Forskere vil teste denne lokaliserede højkoncentrationselektrolyt på "pose"-batterier udviklet i laboratoriet, som er størrelsen og styrken af ​​et mobiltelefonbatteri, for at se, hvordan den klarer sig i den skala. De siger, at konceptet med at bruge dette nye fluorbaserede fortyndingsmiddel til at manipulere saltkoncentrationen også fungerer godt for natrium-metal-batterier og andre metalbatterier.

Denne forskning er en del af Battery500-konsortiet ledet af PNNL, som har til formål at udvikle mindre, lettere, og billigere batterier, der næsten tredobler den specifikke energi, der findes i batterier, der driver nutidens elbiler. Specifik energi måler mængden af ​​energi pakket ind i et batteri baseret på dets vægt.